[发明专利]应变硅锗薄膜材料掺杂浓度测试方法

摘要

本发明提供了一种测试应变硅锗薄膜材料杂质浓度的方法。该方法的关键是通过理论分析和模拟，创建N型和P型Si1－xGex材料电阻率ρ与杂质浓度ND或NA及Ge组分x的关系曲线，进而用四探针法测试应变Si1－xGex材料的电压V和电流I的测量值，通过函数关系式，ρ=Co×2π解出电阻率ρ，根据应变Si1－xGex材料的类型和锗组分x以及得到的电阻率ρ，对应查找N型或P型应变Si1－xGex电阻率ρ与杂质浓度ND或NA及Ge组分x的关系曲线，得出应变Si1－xGex薄膜材料掺杂浓度。本发明具有简便快捷、精度较高、重复性好、在线应用、可与现行Si材料掺杂浓度检测技术相容等优点。

主权项

1.一种应变硅锗薄膜材料掺杂浓度测试方法，采用如下步骤：I.用四探针法测试应变Si1-XGeX材料的电压V和电流I的测量值，通过函数关系式，ρ=C0×2π[ln(s1+s2)(s2+s3)s1×s3]-1×VI×d]]>解出电阻率ρ；式中，C0为由样品薄层厚度、形状、几何尺寸等决定的一个修正系数，d为薄模层厚度，s1、s2、s3为探针间距；II.根据应变Si1-xGex材料的类型和锗组分x以及由四探针法得到的电阻率ρ，对应查找N型或P型应变Si1-xGex电阻率ρ与杂质浓度ND或NA及Ge组分x的关系曲线，得出应变Si1-XGeX薄膜材料掺杂浓度，其特征在于N型或P型应变Si1-xGex电阻率ρ与杂质浓度ND或NA及Ge组分x的关系曲线，按如下步骤建立：i.建立应变Si1-XGeX材料多子迁移率模型对于N型应变Si1-XGeX材料，电子迁移率为：μn(x,ND)=[1μnI(x,ND)+1μA(x)]-1---(1)]]>式中μnI(x,ND)=(μn,min+μn,max-μn,min1+(ND/N0)β)(1+α1x+α2x2)---(2)]]>            μn，max＝1320cm2/(V·s)，μn，min＝68cm2/(V·s)            α1＝4.31，α2＝-2.28            β＝0.88            N0＝1.45×1017cm-3ND为施主掺杂浓度对于P型应变Si1-XGeX材料，空穴迁移率为：μp=(μp,max-μp,min1+(NA/N0)β+μp,min)(1+a1x+a2x2+a3x3)x≤0.6---(4)]]>               μp，max＝625cm2/(V·s)，μp，min＝40cm2/(V·s)，               α1＝-0.5，α2＝27.87，       式中    α3＝-25.52，               β＝5/8，               N0＝1.43×1017cm-3，               NA为受主掺杂浓度ii.确定应变Si1-XGeX材料的电阻率；   基于半导体材料的电导率与载流子浓度和迁移率间的关系式：       σ＝nqμn+pqμp                                    (5)式中，n和p分别为电子和空穴的浓度，μn和μp分别为电子和空穴的迁移率，q为电子电量，其值为1.6×10-19(库仑)。对于N型半导体，n＞＞p，空穴对电流的贡献可以忽略，电导率为       σ＝nqμn                                          (6)对于P型半导体，p＞＞n，电导率为       σ＝pqμp                                          (7)室温下(300K)，杂质全部电离，有        p＝NA，n＝ND                                      (8)电导率与电阻率为倒数关系，即σ=1ρ---(9)]]>将(1)式N型电子迁移率和(4)式P型空穴迁移率分别代入(6)式和(7)式，并利用关系式(8)和(9)代换变量，化简得到N型和P型不同掺杂浓度，不同Ge组分时的应变Si1-XGeX材料电阻率。其函数关系式为：       ρ＝fD(ND，x)    (N型Si1-xGex)                     (10)       ρ＝fA(NA，x)    (P型Si1-xGex)                     (11)iii.对(10)和(11)式分别采用在变量x、NA、ND指定的范围内进行嵌套扫描求解，并按如下步骤绘制应变Si1-XGeX材料电阻率ρ与杂质浓度ND(或NA)及Ge组分x的关系曲线：①设置模型参数，给关系式(11)中的常量赋值(以P型材料为例)；②给变量x赋初值x＝0；③在1014到1021范围内，每给变量NA一个扫描点，就对式(11)中的电阻率ρ进行一次计算，当NA扫描一遍后，产生一个数组；④把扫描变量NA作为图形的横坐标，电阻率ρ作为纵坐标，根据所得数组的值，利用plot函数绘制出锗组分x＝0的电阻率ρ与掺杂浓度NA的二维曲线图；⑤对锗组分x进行扫描，x＝0.1、0.2……0.6，重复步骤②、③和④，得到一族锗组分x从0到0.6变化的P型应变Si1-XGeX材料电阻率ρ与杂质浓度NA的关系曲线。